Conception générative démystifiée : points clés pour ingénieurs et designers

Avancées dans la conception numérique

Les outils de conception et de simulation numériques ont changé la façon dont les ingénieurs et les designers travaillent. Au cours des dernières décennies, ces outils sont devenus plus rapides et plus riches en fonctionnalités à mesure que la puissance de calcul est devenue moins chère et plus accessible. De gros problèmes qui s'exécutaient sur des superordinateurs ou des clusters de haute performance il y a cinq à dix ans peuvent maintenant tourner sur votre ordinateur portable.

Parallèlement, les informaticiens ont créé des algorithmes et des schémas d'optimisation, comme l'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle, capables de traiter de grands ensembles de données et de résoudre des problèmes complexes avec des milliers à des millions de variables.

De plus en plus, les entreprises de logiciels d'ingénierie intègrent la fonctionnalité de conception générative dans les packages CAO de base ou la proposent comme un module complémentaire simple. Dans d'autres cas, les outils de conception générative et d'optimisation topologique sont intégrés dans les packages de simulation.

Les packages de simulation offrent généralement plus d'options et de contrôles que les modules complémentaires CAO, mais ils nécessitent également un certain niveau d'expertise lié à l'exécution de packages d'éléments finis. Il y a eu des améliorations significatives de ces programmes, dans lesquels les utilisateurs fournissent des commentaires pour les rendre meilleurs et plus utiles.

Qu'est-ce que la conception générative ?

Bien que de nombreux ingénieurs aient accès à des outils de conception générative, ils ne savent pas toujours ce qu'est la conception générative ni à quoi l'utiliser. La conception générative combine trois disciplines différentes — conception, simulation et optimisation — pour créer une simulation paramétrique surpuissante qui prend en compte des milliers à des millions de degrés de liberté.

En pratique, un concepteur commence avec un espace blanc ouvert et l'ordinateur travaille à remplir le matériau uniquement là où il est nécessaire. L'ordinateur définit l'optimal (l'un d'un ensemble de très bonnes solutions) plutôt que l'optimum (le meilleur absolu) pour votre ensemble d'entrées donné.

La conception générative ne peut pas produire la solution absolue optimale car les schémas d'optimisation ne peuvent pas fournir de certitude sur la qualité d'une conception particulière par rapport à toutes les autres conceptions possibles.

Avantages de la conception générative

Même si la conception générative ne produit pas le résultat optimal, elle offre de nouvelles façons de travailler plus efficaces. Avant cette technologie, vous deviez sélectionner quelques paramètres et créer un plan d'expériences (DOE) testant la performance de la pièce sur ces variables. Cette approche est puissante, mais nécessite beaucoup de temps pour préparer les modèles, extraire les résultats et conclure sur la meilleure solution.

Alternativement, vous pouviez apporter de petites améliorations incrémentales à une conception existante pour optimiser un ensemble de caractéristiques ; cela peut prendre moins de temps, mais repose sur l'hypothèse que la conception de départ est déjà proche de l'optimal.

C'est là que la conception générative brille. Elle produit un bon candidat de conception pour l'ingénieur en peu de temps. Ce gain d'efficacité peut être utilisé pour travailler plus vite ou pour explorer l'espace de conception et examiner des solutions en dehors des concepts d'ingénierie traditionnels.

Lorsque vous regardez une pièce de conception générative vraiment bonne, elle est généralement frappante par sa forme abstraite qui conserve néanmoins des éléments de conception logiques.

Limitations de la conception générative

Il est important de comprendre ce que la conception générative ne peut pas faire. La conception générative ne remplacera jamais les ingénieurs concepteurs. Les modèles de conception résultants ne sont aussi bons que les schémas d'optimisation, qui s'améliorent mais ne sont pas parfaits.

Par exemple, prenez le cas de la fusion laser sur lit de poudre métallique (L-PBF) où le besoin de supports peut rendre une pièce difficile, voire impossible à fabriquer à grande échelle.

La plupart des programmes de conception générative ne prennent pas en compte la façon dont la pièce sera fabriquée, donc les ingénieurs doivent encore utiliser les principes de conception pour la fabrication additive (DFAM) pour aider à créer une meilleure pièce qui réduirait ou éliminerait le besoin de supports, un processus qui nécessite une compréhension détaillée du processus de fabrication. Dans un environnement de produit, ces considérations ont des implications sur le coût et le rendement des pièces.

Implications de la conception générative

Compte tenu de la popularité croissante de la conception générative, à quoi ressemble l'avenir ? Tout d'abord, les outils de conception générative peuvent aider les ingénieurs concepteurs à atteindre la solution à 80 % beaucoup plus rapidement. Plus loin, cette technologie servira encore mieux les ingénieurs en prenant en charge des systèmes plus complexes, comme l'impact dynamique et les pièces en contact.

Pour récolter ces avantages, les ingénieurs concepteurs devront développer les compétences pour utiliser les outils de conception numérique avec compétence. Les frontières entre les ingénieurs de conception et d'analyse/simulation continueront de s'estomper à mesure que ces types d'outils deviennent plus disponibles et pilotent les cycles de développement de produits.

Si vous êtes intéressé à tirer parti de la conception générative pour votre prochain projet, les experts de Fast Radius peuvent vous aider. Nos ingénieurs sont des experts en conception numérique, simulation et optimisation, et nous serons ravis de discuter de vos besoins.

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